Versuch: Qualitativer Nachweis von Kohlenstoff und Wasserstoff

Philipps-Universität Marburg
20.11.2007
Organisches Grundpraktikum (LA)
Katrin Hohmann
Assistent: Beate Abé
Leitung: Dr. Ph. Reiß
WS 2007/08
Gruppe 1, Einführung in die OC
Versuch: Qualitativer Nachweis von Kohlenstoff und Wasserstoff
Zeitbedarf:
Vorbereitung: 5 Minuten, allerdings muss Kupfersulfat im Trockenschrank oder Exsikkator
vorgetrocknet werden
Durchführung: 5 Minuten
Nachbereitung: max. 5 Minuten
Reaktionsgleichungen:
Verbrennung: C2H5OH + 3 O2
Nachweis von Kohlenstoff: CO2 + Ca(OH)2
Nachweis von Wasserstoff: CuSO4 + 5 H2O
weiß
www.chids.de: Chemie in der Schule
2 CO2 + 3 H2O
CaCO3↓ + H2O
[Cu(H2O)4]SO4 . H2O
blau
Chemikalien:
Chemikalie
Menge
R-Sätze
S-Sätze
Gefahrensymbol Bemerkung
Ethanol C2H5OH
ca. 10 mL
11
7-16
F
Calciumhyroxidlösung
einige mL
41
22-24-26-39
Xi
als Lösung
Ca(OH)2
Kupfersulfat CuSO4
„Kalkwasser“
1 Spatelspitze
(blau, Pentahydrat)
22-36/3850/53
22-60-61
Xn, N
Vortrocknen
bis das Pulver
weiß ist!
Geräte:
Porzellanschale
50 mL Becherglas
2 Erlenmeyerkolben
Feuerzeug
Spatel
Durchführung:
Etwas Ethanol wird in die Porzellanschale gegeben und entzündet. Ein mit Kalkwasser
ausgespülter Erlenmeyerkolben wird mit der Öffnung nach unten kurze Zeit über die Flamme
gehalten.
www.chids.de: Chemie in der Schule
Anschließend wird der zweite Erlenmeyerkolben ebenfalls mit der Öffnung nach unten über
die Flamme gehalten, bis das aufgefangene Gas an der Wand kondensiert. Nun gibt man eine
Spatelspitze vorgetrockentes Kupfersulfat (weiß) an einer Stelle mit viel Kondensat hinzu.
Beobachtung:
Die Tropfen des Kalkwassers weisen eine trübe, weißliche Färbung auf. Das Kupfersulfat
färbt sich bei Kontakt mit dem Kondensat sofort blau.
Entsorgung:
Restliches Ethanol wird in die organischen Lösungsmittelabfälle gegeben, das Kalkwasser
nach Neutralisieren in die anorganischen Abfälle. Das Kupfersulfat kann nach Trocknung
bedingt wiederverwendet werden.
Fachliche Analyse:
Bei diesem Versuch handelt es sich um einen qualitativen Nachweis für die Elemente
Kohlenstoff und Wasserstoff in einer organischen Verbindung.
Bei der Verbrennung von Ethanol (oder einer organischen Verbindung allgemein) entstehen
Kohlendioxid und Wasser:
C2H5OH + 3 O2
2 CO2 + 3 H2O
Mit Hilfe von Calciumhydroxidlösung („Kalkwasser“) kann man Kohlenstoff in Form von
Kohlenstoffdioxid nachweisen:
www.chids.de: Chemie in der Schule
CO2 + Ca(OH)2
CaCO3↓ + H2O
Dabei entsteht Calciumcarbonat (“Kalk”), welches für die trüblich-weiße Verfärbung der
Tropfen verantwortlich ist.
Wasserstoff wird in Form von Wasser mit Hilfe von getrocknetem Kupfersulfat
nachgewiesen:
CuSO4 + 5 H2O
weiß
[Cu(H2O)4]SO4 . H2O
blau
Durch das eingelagerte Wasser werden die Energieniveaus der d-Elektronen des Kupfers
verändert, deswegen erscheint das Pentahydrat als intensiv blau.
Bei diesem Nachweis handelt es sich um einen indirekten Nachweis der gewählten Elemente,
da ihr Vorhandensein in Form einer anderen Verbindung (CO2, H2O) nachgewiesen wird.
Didaktisch-methodische Analyse:
Einordnung:
Dieser Versuch ist als Einführung in die organische Chemie sehr gut geeignet. Die Schüler
benötigen dabei keinerlei Vorwissen, da dieser Versuch die grundlegendste Eigenschaft
organischer Moleküle demonstriert: Organische Moleküle bestehen vor allem aus
Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen. Um auf diese Erkenntnis hinzuarbeiten, könnte man die
Schüler vorher abschätzen lassen, was anorganisch und organisch überhaupt bedeutet und sie
auffordern, Gegenstände und Materialien zu sammeln und diese einzuordnen. Entwickelt sich
aus dieser Phase bereits die Hypothese über den Kohlenstoffgehalt, so kann dieser Versuch
sehr gut als Beweis dienen. Im Anschluss an diese Erkenntnis könnten Nachweise für
Stickstoff und Schwefel stehen sowie vor allem Versuche zur Viskosität, Löslichkeit und
unterschiedlichen Brennbarkeit am Beispiel der einfachsten organischen Moleküle, der
Alkane.
www.chids.de: Chemie in der Schule
Aufwand:
Dieser Versuch ist bestens geeignet für die Schule, da Chemikalien und Geräte problemlos zu
beschaffen sind, wenn sie nicht vorhanden sein sollten. Sowohl die Vor- als auch die
Nachbereitung beansprucht nur wenige Minuten, so dass der Versuch in der Pause vorbereitet
werden kann. Allerdings muss, je nachdem ob Schüler- oder Lehrerversuch, eine gewisse
Menge Kupfersulfat vorgetrocknet werden, die nachher aber nach Trocknung
wiederverwendet werden kann.
Durchführung:
Auch die Durchführung geht sehr schnell, was auch die Möglichkeit bietet, diesen Versuch
durchaus als Schülerversuch in Gruppen durchzuführen, damit die Schüler eingebunden
werden und diese grundlegende Erkenntnis behalten und nachvollziehen können. Die Effekte
sind gut sichtbar und der Versuch funktioniert eigentlich immer.
Versuchsvarianten:
Je nach Verfügbarkeit von Materialien kann der Wassernachweis auch mit Hilfe von
Cobaltchloridpapier erfolgen, das sich dann von rosa nach blau verfärbt.
Ebenfalls könnte man das Kohlendioxid im Erlenmeyerkolben auffangen und ihn
verschließen, um anschließend etwas klare Calciumhydroxidlösung hineinzugeben, die sich
dann trübt. Diese Variante könnte den Effekt besser sichtbar werden lassen, wenn der Versuch
als Lehrerversuch durchgeführt werden sollte.
Ebenfalls eine Möglichkeit wäre folgender Versuchsaufbau:
Pumpe
Brennende Kerze
Kalkwasser
Quelle: http://www.chids.de/dachs/experimente/012qualitativer_c_h_nachweis.xml
www.chids.de: Chemie in der Schule
Dabei kondensiert das Wasser im U-Rohr, und Kohlenstoffdioxid trübt das Kalkwasser in der
Waschflasche. In diesem Zusammenhang könnte auch die Kerze als wichtiger
Alltagsgegenstand näher behandelt werden.
Literaturangaben:
http://www.chids.de/dachs/experimente/012qualitativer_c_h_nachweis.xml (verändert)
www.chids.de: Chemie in der Schule